随机化学动力学中不同矩闭合近似的比较

近年来，化学主方程的矩闭合近似（MA）已成为研究化学反应系统中随机效应的流行方法。文献中已提出并应用了多种不同的 MA 方法，但它们之间的性能比较仍不清楚。本文通过应用正态、泊松、对数正态和中心矩忽略 MA 来研究其确定性速率方程表现出双稳态、超敏感性和振荡行为的化学系统的随机性质，从而对这些方法进行比较。我们的结果表明，正态 MA 优于其他所研究的 MA。特别是，我们发现：(i) 在参数空间中，闭合给出物理上有意义结果（例如正的均值和方差）的区域大小，正态闭合远大于其他三种闭合；(ii) 在所有闭合均给出物理上有意义结果的参数空间区域内，四种闭合的预测精度（相对于使用随机模拟算法的模拟）是可比的；(iii) 对于涉及分子数守恒定律的系统，泊松和对数正态 MA 的定义不唯一。我们还描述了新的软件包 MOCA，它能够在图形用户界面中对各种 MA 方法进行自动化数值分析，并用于执行本文所呈现的比较分析。MOCA 允许用户开发新的闭合方法，并能处理多项式、非多项式以及时间依赖的倾向函数，因此几乎适用于任何化学反应系统。